EP3519222A1 - Antriebsvorrichtung für eine fahrzeugachse, insbesondere hinterachse - Google Patents

Antriebsvorrichtung für eine fahrzeugachse, insbesondere hinterachse

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EP3519222A1
EP3519222A1 EP17751658.0A EP17751658A EP3519222A1 EP 3519222 A1 EP3519222 A1 EP 3519222A1 EP 17751658 A EP17751658 A EP 17751658A EP 3519222 A1 EP3519222 A1 EP 3519222A1
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EP
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electric machine
switching element
vehicle
drive device
shafts
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Definitions

  • the invention relates to a drive device for a vehicle axle, in particular rear axle, of a two-lane vehicle with electric drive according to the preamble of patent claim 1.
  • the electrically driven front axle may comprise an electric machine, which is arranged, for example, axially parallel to the, guided to the vehicle wheels flange shafts.
  • the front axle may have a spur gear, with which the electric machine shaft is drivingly connected to an axle differential positioned between the two stub shafts.
  • the axle differential drives the two flange shafts leading to the vehicle wheels.
  • two electric machines can be installed, each associated with a vehicle wheel of the rear axle. Their electric machine shafts can be connected in a generic drive device via a first switching element and a first transmission stage (spur gear) with the first flange threshold.
  • the second electric machine via a second translation stage (spur gear) and a second switching element with the second flange threshold in conjunction.
  • each of the two electric machines wheel-selectively drives a respective vehicle wheel, so that no axle differential is required with which a torque distribution between the vehicle wheels can take place.
  • the two electric machines drive the vehicle wheels with equally large drive torques when driving straight ahead.
  • the driving behavior can be supported by a torque redistribution (torque vectoring or cross-locking function).
  • torque vectoring torque vectoring
  • cross-locking function the driving behavior can be supported by a torque redistribution.
  • a drive torque can be shifted to the outside vehicle wheel (torque vectoring).
  • the drive torque can be shifted to the inside of the vehicle wheel (transverse lock function). This torque shift takes place in the above-mentioned rear axle by appropriate control of the first and second electric machines.
  • a powertrain of an electric vehicle with two electric machines is known.
  • a rear axle of the vehicle has a differential and the two electric machines, which are coupled via a gear and work individually or together.
  • DE 10 201 1 086 062 A1 an electrified drive arrangement for a hybrid vehicle is known in which two electric machines are arranged on the rear axle of the hybrid vehicle and are connected via a differential gear and coupling elements with multi-stage transmission.
  • DE10 201 1 004 410 A1 a hybrid drive unit for a motor vehicle is known in which an electric machine is connected via a multi-stage planetary gear with a differential of a rear axle.
  • the object of the invention is to provide a drive device for an electrically driven vehicle axle, in which by simple means a functional extension is made possible, with a small space requirement and increased driving dynamics.
  • the first and second electric machines are respectively connected via a first and a second shifting element to the first and second stub shafts respectively leading to a vehicle wheel.
  • the first and second shift elements are closed, the drive torque generated in the two electric machines is driven off directly via the first and second shift elements onto the stub shafts of the vehicle wheels, namely wheel-selectively without the interposition of an additional axle differential.
  • the above vehicle axle additionally has an axle differential, which on the output side abrades on the stub shafts of the vehicle wheels and on the input side via a third and a fourth switching element is drivingly connected to the first and the second electric machine shaft.
  • the third and fourth switching elements are closed.
  • the first and the second electric machine shaft can drive off on the two stub shafts via the third and fourth shifting element as well as the axle differential.
  • switched second gear the first and the second switching elements are open.
  • a wheel-selective drive takes place, in which a first torque flow is transmitted from the first electric machine via the first switching element to the first flange shaft.
  • a second momentary flux is transmitted from the second electric machine via the second switching element to the second flange threshold.
  • the first to fourth switching elements can be performed power switchable.
  • the first and second shift elements may be one-way clutches, while the third and fourth shift elements are designed as multi-plate clutches.
  • the axle differential can be a bevel differential or a spur gear differential or a planetary gear ifference. Usually, the axle differential is designed so that an equally large drive torque distribution takes place on the leading away from it first flange and second flange.
  • a torque redistribution (that is, a torque vectoring or a cross-lock function) can be realized both in the first gear ratio and the second gear ratio as follows:
  • the first gear ratio is shifted (that is, the first and second shift elements are closed )
  • the third or fourth switching element are closed.
  • the drive torque generated by the first or second electric machine is divided into a partial drive torque, which is transmitted via the first / second shift element directly to the first / second stub shaft, and in a partial drive torque, via the third / fourth switching element to the axle differential is transferred and divided evenly from there to the left and right vehicle wheel.
  • the torque redistribution is realized as follows:
  • the first or second switching element for the torque redistribution can be closed at least for a short time.
  • the drive torque generated by the first or second electric machine is divided into a partial drive torque, which is transmitted via the first or second switching element directly to the first or second stub shaft, and in a partial drive torque, via the third or fourth switching element to the axle differential is transmitted and divided equally between the left and right vehicle wheels.
  • the first and second electric machine shafts may preferably be connected to the first and second stub shafts via at least a first gear stage and a second gear stage (preferably spur gear stages).
  • the first and the second electric machine shaft can be coupled via the third and the fourth switching element in each case with at least one intermediate shaft, which drives off via a third gear stage on the Achsdifferenzi- input side.
  • the first and second electric machine shafts may be positioned in an axis-parallel arrangement with the first and second stub shafts coaxial with each other and defining a wheel axle of the vehicle wheels.
  • the first and second electric machines may be mirror-inverted with respect to a vehicle center longitudinal plane, with the electric machine shafts converging toward each other in the vehicle transverse direction.
  • the first and the second gear stage that is, preferably spur gears, may be arranged in the vehicle transverse direction within the two electric machines.
  • a space can be provided in which the third and the fourth switching element and the axle differential can be positioned in a space-saving manner.
  • the electric machine shafts can also be coupled via the third and the fourth switching element preferably with a common intermediate shaft which extends coaxially to the electric machine shafts.
  • the first switching element and the third switching element can be arranged coaxially to the first electric machine shaft and axially parallel to the stub shafts.
  • the second switching element and the fourth switching element can be arranged coaxially to the second electric machine shaft and axially parallel to the stub shafts.
  • the first and second electric machines may be arranged in the vehicle longitudinal direction with respect to the stub shafts opposite to the axle.
  • the two electric machines can preferably be positioned in alignment in the vehicle longitudinal direction in succession and can be arranged substantially in a vehicle half with respect to the vehicle central longitudinal axis.
  • the third gear stage may be divided into two spur gear stages, each of which drifts to the axle differential input side.
  • a first spur gear via the third switching element with the first electric machine shaft can be coupled.
  • a second spur gear can be coupled via the fourth switching element with the second electric machine shaft.
  • the two electric machines in longitudinal alignment in a first longitudinal plane
  • the third and the fourth switching elements in longitudinal alignment in a second longitudinal plane
  • the first switching element and the first translation stage in longitudinal alignment in a third longitudinal plane
  • the third translation stage and the axle differential in longitudinal alignment in a fourth longitudinal plane and the second switching element and the second translation stage be arranged in longitudinal alignment in a fifth longitudinal plane.
  • each of the electric machine shafts may be divided into an electric machine side shaft portion which cooperates with the rotor of the electric machine and a driven side shaft portion.
  • the electric machine-side shaft portion and the output-side shaft portion may be connected to each other via a gear stage, for example via a bevel gear.
  • the two electric machines can be aligned together with the electric machine side shaft sections in longitudinal alignment with the vehicle longitudinal direction, while the output-side shaft sections can extend coaxially to each other and in transverse alignment to the vehicle transverse direction.
  • the output side shaft portion of the first electric machine shaft may be connected via the first switching element and the first gear ratio drivingly connected to the first flange shaft.
  • the output-side shaft portion of the second electric machine shaft can be connected via the second switching element and the second gear ratio drivingly connected to the second flange shaft.
  • the electron sinks may be positioned in a coaxial arrangement with the first and second stub shafts.
  • the third and the fourth shifting element as well as the axle differential in the vehicle transverse direction may preferably be positioned between the two electric machines.
  • the electric machine shafts can be designed in this case as hollow shafts through which the stub shafts are guided to the vehicle outside. At the vehicle outer ends of the two stub shafts can each be followed by the first gear ratio and the second gear stage, which connect the stub shafts respectively with the electric machine shafts - with the interposition of the first and the second switching element.
  • Figure 1 shows the outline of an electrically operated motor vehicle from above with highlighted, schematically illustrated vehicle axles; an elevating device for the rear axle of the vehicle according to a first embodiment; a view according to the figure 2 with highlighted drive torque flow with switched first gear ratio; a view corresponding to the figure 2 with highlighted drive torque flow with switched second gear ratio; a view corresponding to Figure 3 with an additional torque shift to the leading to the right vehicle wheel flange.
  • FIG. 6 shows a view corresponding to FIG. 2 with a torque
  • FIGS. 7 to 10 are views corresponding to FIG. 2 of FIG.
  • FIG. 1 shows an electrically operated motor vehicle which has an electrically drivable front axle VA and an electrically drivable rear axle HA.
  • the front axle VA is equipped with exactly one electric machine 1, which drives off via a front-axle differential 3 onto the left and right-hand side stirrups 7, 9 leading to the right and left front wheels 5.
  • the rear axle HA has a Drive device, in which, in contrast to the front axle VA, each of the rear wheels 15 is assigned in each case an electric machine EM1, EM2.
  • the two electric machines EM1, EM2 are arranged in the figure 1 axially parallel to the right and left stub shafts 1 1, 13, which are aligned coaxially with each other and lead to the rear wheels 15 and define their wheel axles.
  • the first and the second electric machines EM1, EM2 are positioned with respect to a vehicle center longitudinal plane M in mirror image behind the stub shafts 1 1, 13.
  • a first gear stage U1 and a second gear stage U2 and approximately centered an axle differential 17 is positioned.
  • the axle differential 17 is designed in common practice so that an equally large drive torque distribution to the first and the second flange 1 1, 13 takes place.
  • the drive components installed at the top in the rear axle HA together form a drive device whose transmission structure is explained below with reference to FIG. 2:
  • the two electric machines EM1, EM2 each have electric machine shafts 19, 21 which converge in the vehicle transverse direction y.
  • the electric machine shaft 19 of the first electric machine EM1 is connected via an overrunning clutch SE1 with a drive gear 23 which forms the first gear ratio U1 together with a driven gear 25 which is arranged fixedly on the first flange shaft 1.
  • the electric machine shaft 21 of the second electric machine EM2 via a freewheel clutch SE2 with a drive gear 27 is rotatably connected, which forms the second translation stage U2 (ie spur gear) together with a rotatably mounted on the second flange 13 output gear 29.
  • the second translation stage U2 ie spur gear
  • both the first and the second electric machine shafts 19, 21 are extended beyond the respective one-way clutch SE1, SE2 to the inside of the vehicle and connected non-rotatably to a clutch housing (that is to say outer disk carrier) of a third and a fourth shifting element SE3, SE4. Both are realized as power shiftable multi-plate clutches.
  • the two inner disk carrier of the switching elements SE3 and SE4 are connected to each other via a common intermediate shaft 31, which is arranged coaxially with the two electric machine shafts 19, 21.
  • the intermediate shaft 31 rotatably carries an intermediate gear 33, which forms a third gear stage U3 together with an input-side external gear 35 of the axle differential 17.
  • the axle differential 17 drives on the output side to the two stub shafts 1 1, 13 (ie half-waves of the rear wheels 15).
  • the drive device shown in Figure 2 can be operated in a first and a second gear ratio I, II.
  • switched first gear ratio I Figure 3
  • a so-called wheel-selective drive in which the two first switching elements SE1, SE2 are connected, that is bridged by the shift claw 37 ( Figure 2) of the freewheel and the electric machine shafts 19, 21 rotatably are connected to the drive gears 23, 27 of the first and second gear ratios U1, U2.
  • the third and fourth switching elements SE3, SE4, however, are open. In this case, according to FIG.
  • a first torque flow Mi can be transmitted from the first electric machine shaft 19 via the switched first switching element SE1 and the first gear stage U1 to the first flange shaft 11.
  • a second torque flow M 2 can be transmitted from the second electric machine shaft 21 via the switched second switching element SE 2 and the second gear stage U 2 to the second flange shaft 13.
  • the second gear ratio II is engaged.
  • no wheel-selective drive but a so-called differential drive, in which the first and second switching elements SE1, SE2 are open and instead of the third and fourth switching elements SE3, SE4 are closed.
  • FIG. 5 shows a driving situation, for example cornering, in which a torque difference is to be achieved between the two stub shafts 1 1, 13.
  • the drive device is operated when the first gear ratio I is switched.
  • the third switching element SE3 is additionally closed in FIG. 5.
  • the drive torque Mi generated by the first electric machine EM1 is divided into a first partial drive torque Mia and second drive torque Mi b .
  • the first partial drive torque M 1a is transmitted directly via the first switching element SE1 to the first flange shaft 1 1.
  • the second part drive torque Mib is, however, transmitted via the closed third switching element SE3 to the axle differential 17 and there evenly divided on the left and right flanged shaft 1 1, 13.
  • a partial drive torque Mi a of, for example, 200 Nm via the first gear ratio U1 would be transmitted to the first flange 1 1 on the first gear ratio U1.
  • a second partial drive torque M 1 b of 300 Nm would be transmitted to the third transmission stage U3.
  • the second electric machine EM2 continues to transmit its drive torque M E M2 of 500 N m via the second switching element SE2 to the second flange shaft 13. Therefore, on the input side, the axle differential 17 has a torque of 1500 Nm, which is applied uniformly to the two flange shafts 13, 1 1 is distributed. As a result, a drive torque of 2750 Nm is introduced into the first flange shaft 1 1, whereas a drive torque of 5750 Nm is introduced into the second flange shaft 13. Thus, between the two flange shafts 1 1, 13, a torque difference of 3000 Nm, while the total drive torque is 8500 Nm.
  • FIG. 6 shows a further driving situation is shown, in which the drive device is operated with switched second gear ratio II and, for example, a cornering, in which between the two stub shafts 1 1, 13 also a moment difference is to be achieved.
  • the torque redistribution takes place in that the third switching element SE3 and the second switching element SE2 are switched, while the first switching element SE1 and the fourth switching element SE4 remain open.
  • the first electric machine EM1 transmits this via the switched third switching element SE3 Complete drive torque M E MI to the third translation stage U3, so that the input side of the axle differential 1500 Nm abut. These are equally divided in each case to the first and the second flange 1 1, 13 transferred.
  • the generated by the second electric machine EM2 drive torque of 100 Nm via the switched second switching element SE1 and the second translation stage U2 is transmitted to the second flange 13, so that in the second flange 13, the applied torque adds up to 1750 Nm, while at the first flange shaft 1 1 abut only 750 N m . This results in a torque difference between the two stub shafts 1 1, 13 of 1000 Nm.
  • the drive device in which the first and second electric machines EM1, EM2 in the vehicle longitudinal direction x with respect to the stub shafts 1 1, 13 are arranged opposite to the axis.
  • the two electric machines EM1, EM2 are arranged in the vehicle longitudinal direction x in a longitudinal plane in alignment.
  • the third transmission stage U3 has two spur gear stages St1, St2, which respectively drive the input-side external gearwheel 35 of the axle differential 17.
  • the first spur gear stage St1 which is upper in FIG. 7, is connected to the first gear via the third switching element SE3 Electric machine shaft 19 can be coupled.
  • the second spur gear St2 can be coupled via the fourth switching element SE4 to the second electric machine shaft 21.
  • the two electric machines EM1, EM2 are arranged in a first longitudinal plane LE1.
  • the third and fourth switching elements SE3 and SE4 are arranged in alignment one behind the other in a second longitudinal plane LE2, while the first translation stage U1 are arranged together with the first switching element SE1 in a third longitudinal plane LE3.
  • the third gear stage U3 is arranged together with the axle differential 17, while in a fifth longitudinal plane LE5, the second switching element SE2 is arranged together with the second gear stage U2.
  • the electric machines EM1 and EM2 are positioned in coaxial arrangement with the first and second stub shafts 11, 13. In the coaxial arrangement shown in FIG.
  • the third and fourth switching elements SE3, SE4 and the axle differential 17, which is designed to be space-saving as a spur gear differential, are arranged between the two electric machines EM1, EM2.
  • the third and fourth switching element SE3, SE4 is in each case designed as a multi-plate clutch, of which in each case the two outer disk carrier are connected to each other via a common intermediate shaft 31.
  • the executed as a ring gear intermediate shaft 31 is coupled to the realized as Stirnraddifferenzial axle differential 17.
  • the electric machine shafts 19, 21 are realized as hollow shafts, through which the two stub shafts 1 1, 13 are guided to the vehicle outside.
  • the two stub shafts 1 1, 13 are in the vehicle transverse direction y outside the two electric machines EM1, EM2 respectively via the first gear ratio U1 and the second gear stage U2 with the interposition of the first switching element SE1 and the second switching element SE2 connected to the first and second electric machine shaft 19, 21.
  • the two electric machines EM1, EM2 are positioned in a longitudinal arrangement, in which the electric machines EM1, EM2 are positioned at right angles to one another axially parallel to the two stub shafts 1 1, 13.
  • the third gear stage U3 has (analogous to FIG. 7) two spur gear stages St1, St2 driving away on the axle differential input side, of which the first spur gear stage St1 (arranged on the left side in FIG. 9) via the third gear element SE3 with the first electric machine shaft 19 can be coupled.
  • the second spur gear St2 can be coupled via the fourth switching element SE4 to the second electric machine shaft 21.
  • the first electric machine shaft 19, the third switching element SE3 and the first switching element SE1 are arranged coaxially in the vehicle longitudinal direction x.
  • the second electric machine shaft 21, the fourth switching element SE4 and the second switching element SE2 coaxially arranged in the vehicle longitudinal direction x.
  • the first transmission stage U1 and the second transmission stage U2 in the vehicle longitudinal direction x are spaced apart from one another via a construction space in which the third transmission stage U3 is arranged together with the axle differential 17.
  • the drive device shown in FIG. 10 is largely identical in design to the drive device shown in FIG. Therefore, reference is made to the functionally and / or structurally identical components which have already been explained with reference to FIG. In contrast to FIG. 2, in FIG.
  • the first and second electric machines EM1, EM2 are not arranged coaxially in a transverse alignment in the vehicle transverse direction y. Rather, in FIG. 10, the two electric machines EM1, EM2-as well as in FIG. 9 -are positioned in a longitudinal arrangement in which the two electric machines EM1, EM2 are aligned parallel to one another in the vehicle longitudinal direction x and to the two stub shafts 11 , 13 are positioned at right angles.
  • the first electric machine shaft 19 is divided into an electric-machine-side shaft section 41 and a driven-side shaft section 43, which are connected to one another via a first gear stage G1.
  • the first gear G1 is realized as a bevel gear.
  • the electric machine-side shaft portion 41 cooperates with the rotor of the first electric machine EM1, while the output-side shaft portion 43 is connected via the first one-way clutch SE1 to the output gear 23, which together with the rotatably mounted on the stub shaft 1 1 driven gear 25 the forms first translation stage U1.
  • the output side shaft portion 43 of the first electric machine shaft 19 is also extended beyond the first one-way clutch SE1 after vehicle inside and rotatably connected to the clutch housing (that is on the outer disc carrier) of the third switching element SE3.
  • the second electric machine shaft 21 is divided into an electric machine side shaft portion 47 and a driven side shaft portion 45, which are connected to each other via a second gear G2, which is also realized as a bevel gear.
  • the output-side shaft portion 45 of the second electric machine shaft 21 is connected via the second one-way clutch SE2 to the output gear 27, which forms the second gear stage U2 together with the driven gear 29, arranged non-rotatably on the second flange shaft 13.
  • the output side shaft portion 45 of the second Electric machine shaft 21 is displaced beyond the second one-way clutch SE2 in addition to the vehicle inside and rotatably connected to the clutch housing of the fourth switching element SE4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse (HA), eines zweispurigen Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, wobei jedem Fahrzeugrad (15) der Fahrzeugachse (HA) eine Elektromaschine (EM1, EM2) zugeordnet ist, deren Elektromaschinen-Wellen (19, 21) über jeweils ein erstes und ein zweites Schaltelement (SE1, SE2) trieblich mit einer ersten und einer zweiten Flanschwelle (11, 13) der Fahrzeugräder (15) verbindbar sind, und wobei in einem ersten Übersetzungsgang (I) das erste und das zweite Schaltelement (SE1, SE2) geschaltet sind und die Elektromaschinenwellen (19, 21) über die ersten und zweiten Schaltelemente (SE1, SE2) direkt auf die Flanschwellen (11, 13) der Fahrzeugräder (15) abtreiben. Erfindungsgemäß weist die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (17) aufweist, das ausgangsseitig auf die Flanschwellen (11, 13) der Fahrzeugräder (15) abtreibt und eingangsseitig trieblich über ein drittes und viertes Schaltelement (SE3, SE4) mit den Elektromaschinen-Wellen (19, 21) verbindbar ist. In einem zweiten Übersetzungsgang (II) sind die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) geschlossen, während die erste und/oder zweite Elektromaschinen-Welle (19, 21) über das dritte und/oder vierte Schaltelement (SE3, SE4) und das Achsdifferenzial (17) auf die Flanschwelle (11, 13) abtreiben.

Description

Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, eines zweispurigen Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .
Bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb kann die elektrisch angetriebene Vorderachse eine Elektromaschine aufweisen, die beispielhaft achsparallel zu den, zu den Fahrzeugrädern geführten Flanschwellen angeordnet ist. In diesem Fall kann die Vorderachse eine Stirnradstufe aufweisen, mit der die Elektromaschinen-Welle trieblich mit einem zwischen den beiden Flanschwellen positionierten Achsdifferenzial verbindbar ist. Das Achsdifferenzial treibt wiederum auf die beiden, zu den Fahrzeugrädern führenden Flanschwellen ab. Bei einer ebenfalls elektrisch angetriebenen Hinterachse können zwei Elektromaschinen verbaut sein, die jeweils einem Fahrzeugrad der Hinterachse zugeordnet sind. Deren Elektromaschinen- Wellen können in einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung über ein erstes Schaltelement sowie eine erste Übersetzungsstufe (Stirnradstufe) mit der ersten Flanschwelle trieblich verbindbar sein. In gleicher Weise kann die zweite Elektromaschine über eine zweite Übersetzungsstufe (Stirnradstufe) sowie einem zweiten Schaltelement mit der zweiten Flanschwelle in Verbindung sein. In diesem Fall treibt jede der beiden Elektromaschinen radselektiv jeweils ein Fahrzeugrad an, so dass kein Achsdifferenzial erforderlich ist, mit dem eine Momentenverteilung zwischen den Fahrzeugrädern erfolgen kann.
Bei der oben skizzierten Hinterachse treiben die beiden Elektromaschinen bei einer Geradeausfahrt die Fahrzeugräder mit gleich großen Antriebsmomenten an. In bestimmten Fahrsituationen, zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt, kann das Fahrverhalten durch eine Drehmoment-Umverteilung (Torque-Vectoring oder Quersperrenfunktion) unterstützt werden. So kann bei einer Kurvenfahrt am Kurveneingang ein Antriebsmoment zum kurvenäußeren Fahrzeugrad verlagert werden (Torque-Vectoring). Alternativ/zusätzlich kann bei der Kurvenfahrt am Kurvenausgang das Antriebsmoment zum kurveninneren Fahrzeugrad verlagert werden (Quersperrenfunktion). Diese Drehmoment-Verlagerung erfolgt in der oben angegebenen Hinterachse durch entsprechende Ansteuerung der ersten und zweiten Elektromaschinen.
Aus der US 2014 0332301 A1 ist ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs mit zwei Elektromaschinen bekannt. Eine Hinterachse des Fahrzeugs weist ein Differential sowie die zwei Elektromaschinen auf, die über ein Getriebe gekoppelt sind und einzeln oder gemeinsam arbeiten. Aus der DE 10 201 1 086 062 A1 ist eine elektrifizierte Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug bekannt, in der zwei Elektromaschinen an der Hinterachse des Hybridfahrzeugs angeordnet sind und über ein Differentialgetriebe und Koppelelemente mit mehrstufigem Getriebe verbunden sind. Aus der DE10 201 1 004 410 A1 ist eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine Elektromaschine über ein mehrstufiges Planetengetriebe mit einem Differential einer Hinterachse verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Fahrzeugachse bereitzustellen, bei der mit einfachen Mitteln eine Funktionserweiterung ermöglicht ist, und zwar bei geringem Bauraumbedarf sowie bei gesteigerter Fahrdynamik.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. In der oben erwähnten gattungsgemäßen elektrisch betriebenen Hinterachse ist die erste und die zweite Elektromaschine über jeweils ein erstes und ein zweites Schaltelement trieblich jeweils mit der ersten und der zweiten Flanschwelle verbunden, die jeweils zu einem Fahrzeugrad führt. Bei geschlossenem ersten und zweiten Schaltelement wird das in den beiden Elektromaschinen erzeugte Antriebsmoment über die ersten und zweiten Schaltelemente direkt auf die Flanschwellen der Fahrzeugräder abgetrieben, und zwar radselektiv ohne Zwischenordnung eines zusätzlichen Achsdifferenzials.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist die obige Fahrzeugachse zusätzlich ein Achsdifferenzial auf, das ausgangsseitig auf die Flanschwellen der Fahrzeugräder abtreibt und eingangsseitig über ein drittes und ein viertes Schaltelement trieblich mit der ersten und der zweiten Elektromaschinen-Welle verbindbar ist. In einem zusätzlichen zweiten Übersetzungsgang sind die dritten und vierten Schaltelemente geschlossen. In diesem Fall können die erste und die zweite Elektromaschinenwelle über das dritte und vierte Schaltelement sowie das Achsdifferenzial auf die beiden Flanschwellen abtreiben. Bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang sind die ersten und die zweiten Schaltelemente geöffnet.
Auf diese Weise erfolgt ein radselektiver Antrieb, bei dem ein erster Momentenfluss von der ersten Elektromaschine über das erste Schaltelement zur ersten Flanschwelle übertragen wird. Unabhängig davon wird ein zweiter Momentenfluss von der zweiten Elektromaschine über das zweite Schaltelement zur zweiten Flanschwelle übertragen.
Bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang sind die dritten und vierten Schaltelemente geöffnet, während bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang die ersten und zweiten Schaltelemente geöffnet sind. In einer technischen Umsetzung können die ersten bis vierten Schaltelemente lastschaltbar ausgeführt sein. Beispielhaft können die ersten und zweiten Schaltelemente Freilaufkupplungen sein, während die dritten und vierten Schaltelemente als Lamellenkupplungen ausgeführt sind. Das Achsdifferenzial kann exemplarisch ein Kegeldifferenzial oder ein Stirnraddifferenzial bzw. ein Planetend ifferenzial sein. Üblicherweise ist das Achsdifferenzial so ausgelegt, dass eine gleich große Antriebsmoment- Verteilung auf die davon wegführende erste Flanschwelle und zweite Flanschwelle erfolgt.
Bei den obigen Achsaufbau kann eine Drehmoment-Umverteilung (das heißt ein Torque-Vectoring oder eine Quersperrenfunktion) sowohl im ersten Übersetzungsgang als auch im zweiten Übersetzungsgang wie folgt realisiert werden: So kann bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang (das heißt die ersten und zweiten Schaltelemente sind geschlossen) zumindest kurzzeitig das dritte oder vierte Schaltelement geschlossen werden. Dadurch wird das von der ersten oder zweiten Elektromaschine erzeugte Antriebsmoment in ein Teil-Antriebsmoment, das über das erste/zweite Schaltelement direkt zur ersten/zweiten Flanschwelle übertragen wird, und in ein Teil-Antriebsmoment aufgeteilt, das über das dritte/vierte Schaltelement zum Achsdifferenzial übertragen wird und von dort gleichmäßig auf das linke und rechte Fahrzeugrad aufgeteilt wird.
Bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang erfolgt dagegen ein Differenzial-Antrieb, bei dem die ersten und zweiten Schaltelemente geöffnet sind und ein von der ersten und/oder zweiten Elektromaschine erzeugtes Antriebsmoment über das dritte und/oder vierte Schaltelement zum Achsdifferenzial übertragen wird. Bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang (das heißt die dritten und vierten Schaltelemente sind geschlossen) wird die Drehmoment- Umverteilung wie folgt realisiert: So kann das erste oder zweite Schaltelement für die Drehmoment-Umverteilung zumindest kurzzeitig geschlossen werden. Dadurch wird das von der ersten oder zweiten Elektromaschine erzeugte Antriebsmoment in ein Teil-Antriebsmoment, das über das erste oder zweite Schaltelement direkt zur ersten oder zweiten Flanschwelle übertragen wird, und in ein Teil-Antriebsmoment aufgeteilt, das über das dritte oder vierte Schaltelement zum Achsdifferenzial übertragen wird und gleichmäßig auf die linken und rechten Fahrzeugräder aufgeteilt wird.
Die ersten und zweiten Elektromaschinen-Wellen können bevorzugt über zumindest eine erste Übersetzungsstufe und eine zweite Übersetzungsstufe (bevorzugt Stirnradstufen) mit der ersten und der zweiten Flanschwelle verbunden sein. In einer technischen Umsetzung können die erste und die zweite Elektromaschinen-Welle über das dritte und das vierte Schaltelement jeweils mit zumindest einer Zwischenwelle koppelbar sein, die über eine dritte Übersetzungsstufe auf die Achsdifferenzial-Eingangsseite abtreibt.
Nachfolgend werden besonders kompakte sowie bauraumsparende Ausführungsvarianten der Antriebsvorrichtung erläutert: So können die ersten und zweiten Elektromaschinen-Wellen in einer achsparallelen Anordnung zu den ersten und zweiten Flanschwellen positioniert sein, die zueinander koaxial verlaufen und eine Radachse der Fahrzeugräder definieren. In der obigen achsparallelen Anordnung können die ersten und zweiten Elektromaschinen mit Bezug auf eine Fahrzeugmittellängsebene spiegelbildlich positioniert sein, wobei die Elektromaschinen-Wellen in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen aufeinander zulaufen. Bei der obigen achsparallelen Anordnung können die erste und die zweite Übersetzungsstufe, das heißt bevorzugt Stirnradstufen, in der Fahrzeugquerrichtung innerhalb der beiden Elektromaschinen angeordnet sein. Zudem kann zwischen den beiden Übersetzungsstufen in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet ein Bauraum bereitgestellt sein, in dem das dritte und das vierte Schaltelement sowie das Achsdifferenzial bauraumgünstig positionierbar ist. Die Elektromaschinen-Wellen können zudem über das dritte und das vierte Schaltelement bevorzugt mit einer gemeinsamen Zwischenwelle koppelbar sein, die koaxial zu den Elektromaschinen-Wellen verläuft.
Bevorzugt können das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement koaxial zur ersten Elektromaschinen-Welle sowie achsparallel zu den Flanschwellen angeordnet sein. In gleicher Weise können das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement koaxial zur zweiten Elektromaschinen-Welle sowie achsparallel zu den Flanschwellen angeordnet sein.
In einer zweiten Ausführungsvariante können die ersten und zweiten Elektromaschinen in der Fahrzeuglängsrichtung mit Bezug auf die Flanschwellen achsgegenüber angeordnet sein. In diesem Fall können die beiden Elektromaschinen bevorzugt in der Fahrzeuglängsrichtung in Flucht hintereinander positioniert sein sowie mit Bezug auf die Fahrzeugmittellängsachse im Wesentlichen in einer Fahrzeughälfte angeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung kann die dritte Übersetzungsstufe in zwei Stirnradstufen aufgeteilt sein, die jeweils auf die Achsdifferenzial-Eingangsseite abtreiben. Von den beiden Stirnradstufen ist eine erste Stirnradstufe über das dritte Schaltelement mit der ersten Elektromaschinen-Welle koppelbar. Eine zweite Stirnradstufe ist über das vierte Schaltelement mit der zweiten Elektromaschinen-Welle koppelbar. Speziell für eine in der Fahrzeugquerrichtung raumsparende Anordnung können die beiden Elektromaschinen in Längsflucht in einer ersten Längsebene, das dritte und das vierte Schaltelemente in Längsflucht in einer zweiten Längsebene, das erste Schaltelement sowie die erste Übersetzungsstufe in Längsflucht in einer dritten Längsebene, die dritte Übersetzungsstufe und das Achsdifferenzial in Längsflucht in einer vierten Längsebene sowie das zweite Schaltelement und die zweite Übersetzungsstufe in Längsflucht in einer fünften Längsebene angeordnet sein.
In einer alternativen Längs-Anordnung der beiden Elektromaschinen kann jede der Elektromaschinen-Wellen in einen elektromaschinenseitigen Wellenabschnitt, der mit dem Rotor der Elektromaschine zusammenwirkt, und in einen abtriebsseitigen Wellenabschnitt aufgeteilt sein. Der elektromaschinenseitige Wellenabschnitt und der abtriebsseitige Wellenabschnitt können über eine Getriebestufe, zum Beispiel über einen Kegelradtrieb, miteinander verbunden sein. Bei dieser Längs-Anordnung können die beiden Elektromaschinen zusammen mit den elektromaschinenseitigen Wellenabschnitten in Längsflucht zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sein, während die abtriebsseitigen Wellenabschnitte zueinander koaxial sowie in Querflucht zur Fahrzeugquerrichtung verlaufen können. Der abtriebsseitige Wellenabschnitt der ersten Elektromaschinen-Welle kann über das erste Schaltelement und die erste Übersetzungsstufe trieblich mit der ersten Flanschwelle verbunden sein. Analog kann der abtriebsseitige Wellenabschnitt der zweiten Elektromaschinen-Welle über das zweite Schaltelement und die zweite Übersetzungsstufe trieblich mit der zweiten Flanschwelle verbunden sein. Zudem können die beiden abtriebsseitigen Wellenabschnitte der Elektromaschinen-Wellen jeweils über das dritte Schaltelement und über das vierte Schaltelement mit der Eingangsseite des Achsdifferenzials verbunden sein.
Alternativ zur obigen Anordnung können die Elektronnasch inen in einer koaxialen Anordnung zu den ersten und zweiten Flanschwellen positioniert sein. In einer solchen koaxialen Anordnung können bevorzugt das dritte und das vierte Schaltelement sowie das Achsdifferenzial in der Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Elektromaschinen positioniert sein. Die Elektromaschinen-Wellen können in diesem Fall als Hohlwellen ausgeführt sein, durch die die Flanschwellen nach fahrzeugaußen geführt sind. An den fahrzeugäußeren Enden der beiden Flanschwellen kann sich jeweils die erste Übersetzungsstufe und die zweite Übersetzungsstufe anschließen, die die Flanschwellen jeweils mit den Elektromaschinen-Wellen - unter Zwischenschaltung des ersten und des zweiten Schaltelementes - verbinden.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 den Umriss eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs von oben mit hervorgehobenen, schematisch dargestellten Fahrzeugachsen; eine Anthebsvorrichtung für die Hinterachse des Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; eine Ansicht entsprechend der Figur 2 mit hervorgehobenem Antriebsmomentenfluss bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang; eine Ansicht entsprechend der Figur 2 mit hervorgehobenem Antriebsmomentenfluss bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang; eine Ansicht entsprechend der Figur 3 mit einer zusätzlichen Drehmoment-Verlagerung auf die zum rechten Fahrzeugrad führende Flanschwelle;
Figur 6 eine Ansicht entsprechend der Figur 2 mit einer Drehmoment-
Verlagerung auf die zum rechten Fahrzeugrad führenden Flanschwelle;
Figur 7 bis 10 jeweils Ansichten entsprechend der Figur 2 von
Antriebsvorrichtungen gemäß einem zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel. In der Figur 1 ist ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gezeigt, das eine elektrisch antreibbare Vorderachse VA und eine elektrisch antreibbare Hinterachse HA aufweist. Die Vorderachse VA ist mit genau einer Elektromaschine 1 ausgestattet, die über ein Vorderachsdifferenzial 3 auf die zum rechten und linken Vorderrad 5 führenden linken und rechten Flanschwellen 7, 9 abtreibt. Die Hinterachse HA weist eine Antriebsvorrichtung auf, bei der im Unterschied zur Vorderachse VA jedem der Hinterräder 15 jeweils eine Elektromaschine EM1 , EM2 zugeordnet ist. Die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 sind in der Figur 1 achsparallel zu den rechten und linken Flanschwellen 1 1 , 13 angeordnet, die zueinander koaxial ausgerichtet sind und zu den Hinterrädern 15 führen sowie deren Radachsen definieren. Die erste und die zweite Elektromaschine EM1 , EM2 sind mit Bezug auf eine Fahrzeugmittellängsebene M spiegelbildlich hinter den Flanschwellen 1 1 , 13 positioniert. Zwischen den beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 ist eine erste Übersetzungsstufe U1 sowie eine zweite Übersetzungsstufe U2 und in etwa mittig ein Achsdifferenzial 17 positioniert. Das Achsdifferenzial 17 ist dabei in gängiger Praxis so ausgelegt, dass eine gleich große Antriebsmoment-Verteilung auf die erste und die zweite Flanschwelle 1 1 , 13 erfolgt. Die oben in der Hinterachse HA verbauten Antriebskomponenten bilden zusammen eine Antriebsvorrichtung, deren Getriebestruktur nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert ist:
So weisen in der Figur 2 die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 jeweils Elektromaschinen-Wellen 19, 21 auf, die in der Fahrzeugquerrichtung y aufeinander zulaufen. Die Elektromaschinen-Welle 19 der ersten Elektromaschine EM1 ist über eine Freilaufkupplung SE1 mit einem Antriebszahnrad 23 verbunden, das zusammen mit einem drehfest auf der ersten Flanschwelle 1 1 angeordneten Abtriebsrad 25 die erste Übersetzungsstufe U1 bildet. In gleicher Weise ist auch die Elektromaschinen-Welle 21 der zweiten Elektromaschine EM2 über eine Freilaufkupplung SE2 mit einem Antriebszahnrad 27 drehfest verbunden, das zusammen mit einem drehfest auf der zweiten Flanschwelle 13 angeordneten Abtriebszahnrad 29 die zweite Übersetzungsstufe U2 (das heißt Stirnradstufe) bildet. In der Figur 2 ist sowohl die erste als auch die zweite Elektromaschinen- Welle 19, 21 über die jeweilige Freilaufkupplung SE1 , SE2 hinaus nach fahrzeuginnen verlängert und drehfest an einem Kupplungsgehäuse (das heißt Außenlamellenträger) eines dritten und eines vierten Schaltelementes SE3, SE4 angebunden, die beide als lastschaltbare Lamellenkupplungen realisiert sind. Die beiden Innenlamellenträger der Schaltelemente SE3 und SE4 sind über eine gemeinsame Zwischenwelle 31 miteinander verbunden, die koaxial zu den beiden Elektromaschinen-Wellen 19, 21 angeordnet ist. Die Zwischenwelle 31 trägt drehfest ein Zwischenzahnrad 33, das zusammen mit einem eingangsseitigen Außenzahnrad 35 des Achsdifferenzials 17 eine dritte Übersetzungsstufe U3 bildet. Das Achsdifferenzial 17 treibt ausgangsseitig auf die beiden Flanschwellen 1 1 , 13 (das heißt Halbwellen der Hinterräder 15) ab. Die in der Figur 2 gezeigte Antriebsvorrichtung kann in einem ersten und einem zweiten Übersetzungsgang I, II betrieben werden. Bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang I (Figur 3) erfolgt ein sogenannter radselektiver Antrieb, bei dem die beiden ersten Schaltelemente SE1 , SE2 geschaltet sind, das heißt mittels der Schaltklaue 37 (Figur 2) der Freilauf überbrückt ist und die Elektromaschinen-Wellen 19, 21 drehfest mit den Antriebszahnrädern 23, 27 der ersten und zweiten Übersetzungsstufen U1 , U2 verbunden sind. Die dritten und vierten Schaltelemente SE3, SE4 sind dagegen geöffnet. In diesem Fall kann gemäß der Figur 3 ein erster Momentenfluss Mi von der ersten Elektromaschinen-Welle 19 über das geschaltete erste Schaltelement SE1 sowie der ersten Übersetzungsstufe U1 zur ersten Flanschwelle 1 1 übertragen werden. Unabhängig davon kann ein zweiter Momentenfluss M2 von der zweiten Elektromaschinen-Welle 21 über das geschaltete zweite Schaltelement SE2 sowie der zweiten Übersetzungsstufe U2 zur zweiten Flanschwelle 13 übertragen werden. In der Figur 4 ist im Unterschied zur Figur 3 der zweite Übersetzungsgang II geschaltet. In diesem Fall erfolgt kein radselektiver Antrieb, sondern ein sogenannter Differenzial-Antrieb, bei dem die ersten und zweiten Schaltelemente SE1 , SE2 geöffnet sind und anstelle dessen die dritten und vierten Schaltelemente SE3, SE4 geschlossen sind. Dadurch erfolgt gemäß der Figur 4 ein Antriebsmomentenfluss Mi, M2 von der ersten und zweiten Elektromaschinen-Welle 19,21 über die geschalteten dritten und vierten Schaltelemente SE3 und SE4 sowie über die dritte Übersetzungsstufe U3 in das Achsdifferenzial 17, von wo es gleichmäßig auf die linken und rechten Flanschwellen 1 1 , 13 aufgeteilt wird.
In der Figur 4 sind bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang II die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 in Betrieb. Anstelle dessen kann der zweite Übersetzungsgang II auch mit nur einer der beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 betrieben werden, da über das Achsdifferenzial 17 stets eine gleich große Antriebsmoment-Verteilung auf die erste und zweite Flanschwelle 1 1 , 13 erfolgt.
Um die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung zu erläutern, ist in der Figur 5 eine Fahrsituation, zum Beispiel eine Kurvenfahrt, gezeigt, bei der zwischen den beiden Flanschwellen 1 1 , 13 eine Momentendifferenz erzielt werden soll. In der Figur 5 ist die Antriebsvorrichtung bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang I betrieben. Um eine Momenten-Umverteilung in Richtung auf das rechte Hinterrad 15 (das heißt in Richtung auf die zweite Flanschwelle 13) zu erzielen, ist in der Figur 5 zusätzlich das dritte Schaltelement SE3 geschlossen. Dadurch wird das von der ersten Elektromaschine EM1 erzeugte Antriebsmoment Mi in ein erstes Teil- Antriebsmoment Mia und in zweites Teil-Antriebsmoment Mib aufgeteilt. Das erste Teil-Antriebsmoment M1a wird über das erste Schaltelement SE1 zur ersten Flanschwelle 1 1 direkt übertragen. Das zweite Teil-Antriebsmoment Mib wird dagegen über das geschlossene dritte Schaltelement SE3 zum Achsdifferenzial 17 übertragen und dort gleichmäßig auf die linke und rechte Flanschwelle 1 1 , 13 aufgeteilt. Beispielhaft ergibt sich bei einem von der ersten und zweiten Elektromaschine EM1 , EM2 erzeugten Antriebsmoment MEMI und MEM2 von 500 Nm sowie einem Übersetzungsverhältnis der ersten und zweiten Übersetzungsstufe U1 und U2 von 10 sowie einem Übersetzungsverhältnis 13 der dritten Übersetzungsstufe U3 von 5 die folgende Konstellation: In diesem Fall würde über die erste Übersetzungsstufe U1 ein Teil-Antriebsmoment Mia von zum Beispiel 200 Nm über die erste Übersetzungsstufe U1 auf die erste Flanschwelle 1 1 übertragen werden. Außerdem würde beispielhaft ein zweites Teil-Antriebsmoment M1 b von 300 Nm auf die dritte Übersetzungsstufe U3 übertragen werden.
Die zweite Elektromaschine EM2 überträgt ihr Antriebsmoment MEM2 von 500 Nm nach wie vor über das zweite Schaltelement SE2 zur zweiten Flanschwelle 13. Es liegt daher eingangsseitig am Achsdifferenzial 17 ein Drehmoment von 1500 Nm an, das gleichmäßig auf die beiden Flanschwellen 13, 1 1 verteilt wird. Dadurch wird in die erste Flanschwelle 1 1 ein Antriebsmoment von 2750 Nm eingeleitet, während in die zweite Flanschwelle 13 ein Antriebsmoment von 5750 Nm eingeleitet wird. Somit stellt sich zwischen den beiden Flanschwellen 1 1 , 13 eine Momentendifferenz von 3000 Nm ein, während das Gesamt-Antriebsmoment bei 8500 Nm liegt.
In der Figur 6 ist eine weitere Fahrsituation gezeigt, bei der die Antriebsvorrichtung mit geschaltetem zweiten Übersetzungsgang II betrieben wird und zum Beispiel eine Kurvenfahrt erfolgt, bei der zwischen den beiden Flanschwellen 1 1 , 13 ebenfalls eine Momentendifferenz erzielt werden soll. In diesem Fall erfolgt die Momenten-Umverteilung dadurch, dass das dritte Schaltelement SE3 und das zweite Schaltelement SE2 geschaltet sind, während das erste Schaltelement SE1 und das vierte Schaltelement SE4 geöffnet bleiben. Bei einem von der ersten Elektromaschine EM1 erzeugten Antriebsmoment MEMI von 300 Nm und bei einem von der zweiten Elektromaschine EM2 erzeugten Antriebsmoment MEM2 von 100 Nm ergibt sich die folgende Situation: So überträgt die erste Elektromaschine EM1 über das geschaltete dritte Schaltelement SE3 das komplette Antriebsmoment MEMI auf die dritte Übersetzungsstufe U3, so dass eingangsseitig am Achsdifferenzial 1500 Nm anliegen. Diese werden gleichmäßig aufgeteilt jeweils zur ersten und zur zweiten Flanschwelle 1 1 , 13 übertragen. Zusätzlich wird das von der zweiten Elektromaschine EM2 erzeugte Antriebsmoment von 100 Nm über das geschaltete zweite Schaltelement SE1 sowie über die zweite Übersetzungsstufe U2 auf die zweite Flanschwelle 13 übertragen, so dass sich in der zweiten Flanschwelle 13 das anliegende Drehmoment auf 1750 Nm summiert, während an der ersten Flanschwelle 1 1 lediglich 750 Nm anliegen. Dadurch ergibt sich eine Momenten-Differenz zwischen den beiden Flanschwellen 1 1 , 13 von 1000 Nm.
In der Figur 7 ist die Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante gezeigt, bei der die ersten und zweiten Elektromaschinen EM1 , EM2 in der Fahrzeuglängsrichtung x mit Bezug auf die Flanschwellen 1 1 , 13 achsgegenüber angeordnet sind. Die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 sind in der Fahrzeuglängsrichtung x in einer Längsebene in Flucht angeordnet. Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel weist die dritte Übersetzungsstufe U3 zwei Stirnradstufen St1 , St2 auf, die jeweils das eingangsseitige Außenzahnrad 35 des Achsdifferenzials 17 antreiben. Die in der Figur 7 obere erste Stirnradstufe St1 ist über das dritte Schaltelement SE3 mit der ersten Elektromaschinen-Welle 19 koppelbar. Die zweite Stirnradstufe St2 ist über das vierte Schaltelement SE4 mit der zweiten Elektromaschinen-Welle 21 koppelbar. Wie oben erwähnt, sind die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 in einer ersten Längsebene LE1 angeordnet. Die dritten und vierten Schaltelemente SE3 und SE4 sind in Flucht hintereinander in einer zweiten Längsebene LE2 angeordnet, während die erste Übersetzungsstufe U1 zusammen mit dem ersten Schaltelement SE1 in einer dritten Längsebene LE3 angeordnet sind. In einer vierten Längsebene LE4 ist die dritte Übersetzungsstufe U3 zusammen mit dem Achsdifferenzial 17 angeordnet, während in einer fünften Längsebene LE5 das zweite Schaltelement SE2 zusammen mit der zweiten Übersetzungsstufe U2 angeordnet ist. In der Figur 8 sind die Elektromaschinen EM1 und EM2 in koaxialer Anordnung zu den ersten und zweiten Flanschwellen 1 1 , 13 positioniert. In der, in der Figur 8 gezeigten koaxialen Anordnung sind die dritten und vierten Schaltelemente SE3, SE4 sowie das Achsdifferenzial 17, das hier bauraumgünstig als ein Stirnraddifferenzial ausgeführt ist, zwischen den beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 angeordnet. Das dritte und vierte Schaltelement SE3, SE4 ist jeweils als eine Lamellenkupplung ausgeführt, von denen jeweils die beiden Außenlamellenträger über eine gemeinsame Zwischenwelle 31 miteinander verbunden sind. Die als ein Hohlrad ausgeführte Zwischenwelle 31 ist mit dem als Stirnraddifferenzial realisierten Achsdifferenzial 17 gekoppelt. In der Figur 8 sind die Elektromaschinen- Wellen 19, 21 als Hohlwellen realisiert, durch die die beiden Flanschwellen 1 1 , 13 nach fahrzeugaußen geführt sind. Die beiden Flanschwellen 1 1 , 13 sind in der Fahrzeugquerrichtung y außerhalb der beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 jeweils über die erste Übersetzungsstufe U1 und über die zweite Übersetzungsstufe U2 unter Zwischenschaltung des ersten Schaltelementes SE1 und des zweiten Schaltelements SE2 mit der ersten bzw. zweiten Elektromaschinen-Welle 19, 21 verbunden.
In der Figur 9 sind die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 in einer Längs- Anordnung positioniert, in der die Elektromaschinen EM1 , EM2 zueinander achsparallel sowie zu den beiden Flanschwellen 1 1 , 13 rechtwinklig positioniert sind. Die dritte Übersetzungsstufe U3 weist (analog zur Figur 7) zwei auf die Achsdifferenzial-Eingangsseite 35 abtreibende Stirnradstufen St1 , St2 auf, von denen die erste Stirnradstufe St1 (in der Figur 9 linksseitig angeordnet) über das dritte Schaltelement SE3 mit der ersten Elektromaschinen-Welle 19 koppelbar ist. Die zweite Stirnradstufe St2 ist über das vierte Schaltelement SE4 mit der zweiten Elektromaschinen-Welle 21 koppelbar. Wie aus der Figur 9 weiter hervorgeht, sind die erste Elektromaschinen- Welle 19, das dritte Schaltelement SE3 sowie das erste Schaltelement SE1 koaxial in der Fahrzeuglängsrichtung x angeordnet. In gleicher Weise ist auch die zweite Elektromaschinen-Welle 21 , das vierte Schaltelement SE4 und das zweite Schaltelement SE2 koaxial in der Fahrzeuglängsrichtung x angeordnet. Dabei sind die erste Übersetzungsstufe U1 und die zweite Übersetzungsstufe U2 in der Fahrzeuglängsrichtung x über einen Bauraum voneinander beabstandet, in dem die dritte Übersetzungsstufe U3 zusammen mit dem Achsdifferenzial 17 angeordnet ist. Die in der Fig. 10 gezeigte Antriebsvorrichtung ist weitgehend baugleich wie die in der Figur 2 gezeigte Antriebsvorrichtung aufgebaut. Von daher wird auf die funktions- und/oder baugleichen Komponenten verwiesen, die bereits anhand der Figur 2 erläutert worden sind. Im Unterschied zur Figur 2 sind in der Fig. 10 die ersten und zweiten Elektromaschinen EM1 , EM2 nicht in der Fahrzeugquerrichtung y zueinander koaxial in Querflucht angeordnet. Vielmehr sind in der Figur 10 die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 - wie auch in der Figur 9 - in einer Längs-Anordnung positioniert, in der die beiden Elektromaschinen EM1 , EM2 zueinander achsparallel in der Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet sind sowie zu den beiden Flanschwellen 1 1 , 13 rechtwinklig positioniert sind.
In der Figur 10 ist die erste Elektromaschinen-Welle 19 aufgeteilt in einen elektromaschinenseitigen Wellenabschnitt 41 und in einen abtriebsseitigen Wellenabschnitt 43, die über eine erste Getriebestufe G1 miteinander trieblich verbunden sind. Die erste Getriebestufe G1 ist als ein Kegelradtrieb realisiert. Gemäß der Fig. 10 wirkt der elektromaschinenseitige Wellenabschnitt 41 mit dem Rotor der ersten Elektromaschine EM1 zusammen, während der abtriebsseitige Wellenabschnitt 43 über die erste Freilaufkupplung SE1 mit dem Abtriebszahnrad 23 verbunden ist, das zusammen mit dem drehfest auf der Flanschwelle 1 1 angeordneten Abtriebszahnrad 25 die erste Übersetzungsstufe U1 bildet. Der abtriebsseitige Wellenabschnitt 43 der ersten Elektromaschinen-Welle 19 ist außerdem über die erste Freilaufkupplung SE1 hinaus nach fahrzeuginnen verlängert und drehfest am Kupplungsgehäuse (das heißt am Außenlamellenträger) des dritten Schaltelementes SE3 angebunden.
In gleicher Weise ist auch die zweite Elektromaschinen-Welle 21 aufgeteilt in einen elektromaschinenseitigen Wellenabschnitt 47 und in einen abtriebsseitigen Wellenabschnitt 45, die über eine zweite Getriebestufe G2 miteinander verbunden sind, die ebenfalls als ein Kegelradtrieb realisiert ist. Der abtriebsseitige Wellenabschnitt 45 der zweiten Elektromaschinen-Welle 21 ist über die zweite Freilaufkupplung SE2 mit dem Abtriebszahnrad 27 verbunden, das zusammen mit dem drehfest auf der zweiten Flanschwelle 13 angeordneten Abtriebszahnrad 29 die zweite Übersetzungsstufe U2 bildet. Zudem ist auch der abtriebsseitige Wellenabschnitt 45 der zweiten Elektromaschinen-Welle 21 über die zweite Freilaufkupplung SE2 hinaus nach fahrzeuginnen verlagert und drehfest am Kupplungsgehäuse des vierten Schaltelementes SE4 angebunden.

Claims

Patentansprüche
Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse (HA), eines zweispurigen Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, wobei jedem Fahrzeugrad (15) der Fahrzeugachse (HA) eine Elektromaschine (EM1 , EM2) zugeordnet ist, deren Elektromaschinen- Wellen (19, 21 ) über jeweils ein erstes und ein zweites Schaltelement (SE1 , SE2) trieblich mit einer ersten und einer zweiten Flanschwelle (1 1 , 13) der Fahrzeugräder (15) verbindbar sind, und wobei in einem ersten Übersetzungsgang (I) das erste und das zweite Schaltelement (SE1 , SE2) geschaltet sind und die Elektromaschinenwellen (19, 21 ) über die ersten und zweiten Schaltelemente (SE1 , SE2) direkt auf die Flanschwellen (1 1 , 13) der Fahrzeugräder (15) abtreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (17) aufweist, das ausgangsseitig auf die Flanschwellen (1 1 , 13) der Fahrzeugräder (15) abtreibt und eingangsseitig trieblich über ein drittes und viertes Schaltelement (SE3, SE4) mit den Elektromaschinen-Wellen (19, 21 ) verbindbar ist, und dass in einem zweiten Übersetzungsgang (II) die dritten und/oder vierten Schaltelemente (SE3, SE4) geschlossen sind und die erste und/oder zweite Elektromaschinen-Welle (19, 21 ) über das dritte und/oder vierte Schaltelement (SE3, SE4) und das Achsdifferenzial (17) auf die Flanschwelle (1 1 , 13) abtreiben.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang (I) ein radselektiver Antrieb erfolgt, bei dem ein erster Momentenfluss (Mi) von der ersten Elektromaschine (EM1 ) über das erste Schaltelement (SE1 ) zur ersten Flanschwelle (1 1 ) übertragen wird, und unabhängig, das heißt tneblich entkoppelt, davon ein zweiter Momentenfluss (M2) von der zweiten Elektromaschine (EM2) über das zweite Schaltelement (SE2) zur zweiten Flanschwelle (13) übertragen wird.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang (I) die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) geöffnet sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferenzial (17) so ausgelegt ist, dass eine gleich große Antriebsmoment-Verteilung auf die erste und zweite Flanschwelle (1 1 , 13) erfolgt, und/oder dass insbesondere für eine bei geschaltetem ersten Übersetzungsgang (I) erfolgende Umverteilung der auf das linke und rechte Fahrzeugrad (15) wirkenden Antriebsmomente das dritte oder vierte Schaltelement (SE3, SE4) geschlossen wird, wodurch das von der ersten oder zweiten Elektromaschine (EM1 , EM2) erzeugte Antriebsmoment in ein Teil-Antriebsmoment (Mia), das über das erste oder zweite Schaltelement (SE1 , SE2) direkt zur ersten oder zweiten Flanschwelle (1 1 , 13) übertragen wird, und in ein Teilantriebsmoment (M1 b) aufgeteilt wird, das über das dritte oder vierte Schaltelement (SE3, SE4) zum Achsdifferenzial (17) übertragen wird und dort gleichmäßig auf das linke und rechte Fahrzeugrad (15) aufgeteilt wird.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang (II) ein Differenzial-Antrieb erfolgt, bei dem die ersten und zweiten Schaltelemente (SE1 , SE2) geöffnet sind, und ein von der ersten und/oder zweiten Elektromaschine (EM1 , EM2) erzeugtes Antriebsmoment über das dritte und/oder vierte Schaltelement (SE3, SE4) zum Achsdifferenzial (17) übertragen wird.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für eine bei geschaltetem zweiten Übersetzungsgang (II) erfolgende Umverteilung der auf das linke und rechte Fahrzeugrad (15) wirkenden Antriebsmomente das erste oder zweite Schaltelement (SE1 , SE2) geschlossen wird, wodurch das von der ersten oder zweiten Elektromaschine (EM1 , EM2) erzeugte Antriebsmoment in ein Teilmoment, das über das erste oder zweite Schaltelement (SE1 , SE2) direkt zur ersten oder zweiten Flanschwelle (1 1 , 13) übertragen wird, und in ein Teilmoment aufgeteilt wird, das über das dritte oder vierte Schaltelement (SE3, SE4) zum Achsdifferenzial (17) übertragen wird und dort gleichmäßig auf die linken und rechten Fahrzeugräder (15) aufgeteilt wird.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektromaschinen-Welle (19, 21 ) jeweils über eine erste und eine zweite Übersetzungsstufe (U1 , U2), insbesondere Stirnradstufen, mit den ersten und zweiten Flanschwellen (1 1 , 13) verbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektromaschinen-Welle (19, 21 ) über die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) mit zumindest einer Zwischenwelle (31 ) koppelbar ist, die über eine dritte Übersetzungsstufe (U3), insbesondere eine Stirnrad stufe, auf die Eingangsseite (35) des Achsdifferenzials (17) abtreibt.
9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Elektromaschinen-Wellen (EM1 , EM2) in einer achsparallelen Anordnung zu den ersten und zweiten Flanschwellen (1 1 , 13) positioniert sind, in der die ersten und zweiten Elektromaschinen
(EM1 , EM2) mit Bezug auf eine Fahrzeugmittellängsebene (M) spiegelbildlich positioniert sind und die Elektromaschinen-Wellen (19, 21 ) in der Fahrzeugquerrichtung (y) aufeinander zulaufen.
10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Übersetzungsstufe (U1 , U2) in der Fahrzeugquerrichtung (y) innerhalb der beiden Elektromaschinen (EM1 , EM2) angeordnet sind, und dass in der Fahrzeugquerrichtung (y) zwischen den beiden Übersetzungsstufen (U1 , U2) ein Bauraum für die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) und für das
Achsdifferenzial (17) bereitgestellt ist.
1 1 . Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen-Wellen (19, 21 ) über die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) mit genau einer gemeinsamen
Zwischenwelle (31 ) koppelbar ist.
12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Elektromaschinen (EM1 , EM2) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) mit Bezug auf die
Flanschwellen (1 1 , 13) achsgegenüber angeordnet sind, und dass insbesondere die beiden Elektromaschinen (EM1 , EM2) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) in Flucht angeordnet sind. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Übersetzungsstufe (U3) zwei auf die Achsdifferenzial- Eingangsseite (35) abtreibende Stirnradstufen aufweist, von denen eine erste Stirnradstufe über das dritte Schaltelement (SE3) mit der ersten Elektromaschinen-Welle (19) koppelbar ist, und eine zweite Stirnradstufe über das vierte Schaltelement (SE4) mit der zweiten Elektromaschinen-Welle (21 ) koppelbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromaschinen (EM1 , EM2) in einer ersten Längsebene (LE1 ), die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) in einer zweiten Längsebene (LE2), das erste Schaltelement (SE1 ) und die erste Übersetzungsstufe (U1 ) in einer dritten Längsebene (LE3), die dritte Übersetzungsstufe (U3) und das Achsdifferenzial (17) in einer vierten Längsebene (LE4) und das zweite Schaltelement (SE2) und die zweite Übersetzungsstufe (U2) in einer fünften Längsebne (LE5) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (EM1 , EM2) sowie die ersten und zweiten Flanschwellen (1 1 , 13) in einer koaxialen Anordnung positioniert sind, in welcher koaxialen Anordnung die dritten und vierten Schaltelemente (SE3, SE4) sowie das Achsdifferenzial (17) in der Fahrzeugquerrichtung (y) zwischen den Elektromaschinen (EM1 , EM2) angeordnet sind, und dass die Elektromaschinen-Wellen (19, 21 ) als Hohlwellen ausgeführt sind, durch die die Flanschwellen (1 1 , 13) nach fahrzeugaußen geführt sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Übersetzungsstufe (U1 , U2) jeweils in der Fahrzeugquerrichtung (y) außerhalb der Elektromaschinen (EM1 , EM2) angeordnet sind.
17. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromaschinen (EM1 , EM2) in einer Längs-Anordnung positioniert sind, in welcher Längs-Anordnung die Elektromaschinen (EM1 , EM2) mit ihren Elektromaschinen-Wellen (19, 21 ) achsparallel zueinander sowie rechtwinklig zu den Flanschwellen (1 1 , 13) positioniert sind.
18. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Übersetzungsstufe (U3) zwei auf die Achsdifferenzial- Eingangsseite (35) abtreibenden Stirnradstufen aufweist, von denen eine erste Stirnradstufe (St1 ) über das dritte Schaltelement (SE3) mit der ersten Elektromaschinen-Welle (19) koppelbar ist, und eine zweite
Stirnradstufe (St2) über das vierte Schaltelement (SE4) mit der zweiten Elektromaschinen-Welle (21 ) koppelbar ist.
19. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschinen-Welle (19), das dritte Schaltelement
(SE3) und das erste Schaltelement (SE1 ) koaxial in der Fahrzeuglängsrichtung (x) angeordnet sind, und dass die zweite Elektromaschinen-Welle (21 ), das vierte Schaltelement (SE4) und das zweite Schaltelement (SE2) koaxial in der Fahrzeuglängsrichtung (x) angeordnet sind.
20. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Übersetzungsstufe (U1 ) und der zweiten Übersetzungsstufe (U2) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) ein Bauraum bereitgestellt ist, in dem die dritte Übersetzungsstufe (U3) zusammen mit dem Achsdifferenzial (17) angeordnet sind.
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